無粘結(jié)內(nèi)藏鋼板支撐剪力墻滯回性能及其應(yīng)用研究.pdf

1、鋼支撐的滯回性能直接影響著中心支撐鋼框架結(jié)構(gòu)的抗震性能。常規(guī)鋼支撐在罕遇地震下受壓失穩(wěn)后，支撐的滯回性能將出現(xiàn)退化，其耗能能力和受壓強(qiáng)度得不到充分利用，不利于結(jié)構(gòu)的抗震。為避免鋼支撐受壓失穩(wěn)和改善其耗能性能，可以在支撐上安裝約束構(gòu)件做成防屈曲支撐（buckling-restrained brace，簡(jiǎn)稱 BRB）。無粘結(jié)內(nèi)藏鋼板支撐剪力墻(unbonded steel plate brace encased in reinforced

2、concrete panel)是由內(nèi)藏的鋼板支撐和外包的鋼筋混凝土墻板組成的一種防屈曲支撐墻板(Panel BRB)。通常，在鋼板支撐與墻板孔道間覆設(shè)無粘結(jié)材料或留置間隙來隔離粘結(jié)力并消除支撐受壓時(shí)因泊松效應(yīng)對(duì)墻板的脹裂作用。因支撐受壓失穩(wěn)得到抑制，支撐墻板在拉壓作用下均可屈服，鋼材的強(qiáng)度和耗能能力得到充分利用，在需要較多隔墻的建筑中有較好的應(yīng)用前景。本文通過試驗(yàn)研究和數(shù)值模擬，對(duì)支撐墻板的滯回性能和構(gòu)造措施等問題進(jìn)行了較系統(tǒng)的研究。通

3、過對(duì)由支撐墻板做抗側(cè)力構(gòu)件的防屈曲支撐框架結(jié)構(gòu)抗震性能的分析研究，提出了該結(jié)構(gòu)體系的抗震設(shè)計(jì)方法和相關(guān)建議。
　　通過7個(gè)單斜和6個(gè)人字形支撐墻板的擬靜力試驗(yàn)，考察了無粘結(jié)材料及支撐與墻板間的間隙、墻板內(nèi)的構(gòu)造措施以及有效寬度墻板等因素對(duì)支撐墻板滯回性能的影響。試驗(yàn)結(jié)果表明，受壓支撐在墻板孔道中發(fā)生了多波失穩(wěn)，間隙較小且均勻的試件滯回性能較好。當(dāng)與采用普通混凝土墻板的試件的其他構(gòu)造相同時(shí)，采用有效寬度墻板的試件的滯回性能也不錯(cuò)，但

4、其自重小，有利于墻板的安裝和結(jié)構(gòu)抗震。試件最終破壞形式為墻板的局部沖切或彎曲破壞，破壞前，試件滯回曲線飽滿穩(wěn)定。因支撐受壓后與墻板間存在摩擦力和往復(fù)作用下鋼材的應(yīng)變硬化，支撐屈服后承載力進(jìn)一步提高，試驗(yàn)骨架曲線呈雙折線型。根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果，提出了支撐墻板的滯回模型和簡(jiǎn)化模擬方法，可為結(jié)構(gòu)彈塑性抗震分析提供參考。
　　應(yīng)用ABAQUS程序，綜合考慮材料、幾何和接觸非線性，對(duì)支撐墻板試件的滯回性能進(jìn)行了數(shù)值模擬，考察了往復(fù)軸向作用下支撐與

5、墻板的受力狀態(tài)和相互作用，重點(diǎn)探討了間隙和摩擦力對(duì)支撐墻板滯回性能的影響，提出了適宜間隙的設(shè)計(jì)建議。另外，通過參數(shù)分析，考察了支撐初始彎曲、支撐和墻板的板厚和強(qiáng)度、支撐鋼板寬度、支撐鋼板寬厚比、支撐和墻板間的摩擦力以及沿板厚方向的間隙、加勁肋等構(gòu)造因素對(duì)單斜支撐墻板受力性能的影響。分析表明，隨間隙的增大，支撐失穩(wěn)半波增多，對(duì)墻板的沖剪作用增大。當(dāng)取適宜間隙時(shí)，加勁肋的設(shè)置可避免墻板端部沖剪破壞，而不設(shè)置加勁肋時(shí)，墻板端部開裂和破壞提前。

6、為避免支撐較早局部屈曲，減小支撐失穩(wěn)半波數(shù)和對(duì)墻板的沖剪作用，支撐寬厚比宜小于19。為避免墻板較早受彎開裂，建議制作中控制支撐的初始彎曲矢高小于其長(zhǎng)度的千分之一。大量的參數(shù)分析結(jié)果表明，為避免支撐墻板整體失穩(wěn)所需的墻板與支撐的厚度比受支撐及墻板的板厚和強(qiáng)度等因素的影響，在所建議的分析參數(shù)范圍內(nèi)，本文給出了回歸公式，可用來確定最小厚度比。
　　應(yīng)用ANSYS程序，考慮材料、幾何非線性，對(duì)由人字形和V形支撐墻板做抗側(cè)力構(gòu)件的梁柱剛接的

7、鋼框架結(jié)構(gòu)的抗震性能進(jìn)行了分析。結(jié)果表明，多遇地震下，支撐對(duì)被撐梁具有豎向支點(diǎn)作用；罕遇地震下，因支撐屈服后累積塑性變形的增加，其對(duì)被撐梁的豎向支點(diǎn)作用大幅降低。不計(jì)支撐超強(qiáng)但考慮支點(diǎn)作用情況下設(shè)計(jì)的被撐梁塑性發(fā)展嚴(yán)重，撓度較大，支撐累積的塑性變形也較大。計(jì)及支撐超強(qiáng)但不考慮支點(diǎn)作用來設(shè)計(jì)被撐梁的做法較切合實(shí)際，被撐梁的塑性發(fā)展和撓度均減小，支撐累積的塑性變形較小，符合支撐主要抗側(cè)的設(shè)計(jì)目的。近似按結(jié)構(gòu)第一階振型下支撐軸力分布來設(shè)計(jì)支撐

8、跨框架柱時(shí)，柱子塑性發(fā)展較小，實(shí)現(xiàn)了防屈曲支撐框架主要利用 BRB耗能和盡量保持框架處于彈性的抗震設(shè)計(jì)目的。不同屈服點(diǎn)的人字形支撐墻板均具有良好的耗能能力，其耗能能力的發(fā)揮取決于結(jié)構(gòu)的響應(yīng)。
　　對(duì)采用人字形普通中心支撐（OCB）、特殊中心支撐（SCB）和支撐墻板做抗側(cè)力構(gòu)件的鋼框架結(jié)構(gòu)的抗震性能的對(duì)比分析表明，在層間位移均小于限值的前提下，采用支撐墻板和SCB的結(jié)構(gòu)的基底剪力及用鋼量明顯低于采用OCB的結(jié)構(gòu)。OCB和SCB受壓大